“純素蜘蛛絲”制品可替代一次性塑料

英國劍橋大學的研究人員模仿自然界中最堅固的材料之一——蜘蛛絲的特性，創造了一種基于植物的、可持續的、可伸縮的聚合物薄膜。這種新材料與當今使用的許多普通塑料一樣堅固，可以取代許多普通家用產品中的一次性塑料。同時，該材料無須工業堆肥設備就可在大多數自然環境安全降解，也可實現工業化大規模生產。研究結果于2021 年6 月10 日發表在《自然·通訊》雜志上。

蜘蛛絲這樣的材料之所以如此堅固的關鍵原因之一是氫鍵在空間中規則地排列，而且密度非常高。蛋白質具有分子自組織和自組裝的傾向，特別是作為食品工業副產品的植物蛋白質含量豐富，可持續獲得。該研究的合著者馬克·羅德里格斯·加西亞博士研究如何在其他蛋白質中復制這種規則的自我排列。

研究人員將大豆分離蛋白（SPI）作為測試植物蛋白，因為作為豆油生產的副產品，SPI 很容易獲得。但是，像SPI 這樣的植物蛋白在水中的溶解性很差，因此很難控制它們自組裝成有序的結構。此次，通過使用SPI，他們成功在沒有蜘蛛的情況下，復制了類似蜘蛛絲的結構，即所謂的“純素蜘蛛絲”。

新技術使用環境友好的乙酸和水的混合物，結合超聲波和高溫，提高了SPI 的溶解度。這種方法產生的蛋白質結構，在氫鍵形成的引導下具有增強的分子間相互作用。在第二步中，溶劑被去除，從而形成不溶于水的薄膜。

該材料具有與低密度聚乙烯等高性能工程塑料相當的性能。化學交聯經常用于提高生物聚合物薄膜的性能和耐受性。最常用的交聯劑是不可持續的，甚至可能有毒，而該新材料的優勢在于多肽鏈的規則排列，這意味著不需要化學交聯，因此此項技術不再用到有毒元素。